JP2532845B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2532845B2
JP2532845B2 JP61163846A JP16384686A JP2532845B2 JP 2532845 B2 JP2532845 B2 JP 2532845B2 JP 61163846 A JP61163846 A JP 61163846A JP 16384686 A JP16384686 A JP 16384686A JP 2532845 B2 JP2532845 B2 JP 2532845B2
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昭夫 西川
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秀樹 浅野
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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温高湿下においても、信頼性の高い動作
が可能な半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、樹脂封止型の半導体装置は、セラミツクス封止
型の半導体装置に比べて、高温高湿状態(65〜85℃、95
%相対湿度中、121℃、2気圧過飽和水蒸気中)での動
作信頼性の点で劣つていた。
樹脂封止型の半導体装置では、樹脂とリード線との隙
間、あるいは樹脂と半導体素子との界面に隙間が生じ、
その間隙を通じて外部から水分が侵入し、素子上のAl配
線、ボンデイングパツド部などが、腐食し断線し易いた
めである。
そこで、この対策として素子表面のカツプリング剤処
理により、樹脂との接着性を高める方法や、カツプリン
グ剤を配合した樹脂組成物で封止する方法などが提案さ
れている。
しかし、これらの方法によつても、樹脂封止型半導体
装置の耐湿特性の充分な向上を達成するには至つていな
い。
また、メモリ用LSIなどにおいては、高密度高集積度
化のすう勢が著しく、1セルの電荷容量が益々小さくな
つてきた。このために、パツケージ材料(例えば、封止
用樹脂組成物中のフイラー)に微量含まれているウラ
ン、トリウムから発生するα線エネルギにより、セル中
の電荷容量の調節動作に不良を生ずる(ソフトエラー)
問題がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この対策としては、半導体素子及びリード線と、封止
材料との間に高純度のα線遮へい材(例えばポリイミド
など)を設けることが行われている。しかし、α線遮へ
い材は、半導体素子との密着性、接着性に劣り、先に述
べたAl配線の腐食防止の点で必ずしも効果を上げるに至
つていない。
本発明の目的は、耐α線性に優れ、かつ高温高湿下に
おいても、信頼性の高い動作が可能な半導体装置を提供
することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明を概説すれば、本発明は半導体装置に関する発
明であつて、半導体素子及びリード線の少なくとも一部
が、その繰返し単位が下記一般式〔A〕: (式中R及びR′は、同一又は異なり、H、CH3、C
2H5、CF3、C2F5及びC3F7のうちのいずれかの基を示し、
Xは、 で表わされる基のうちのいずれかの基を示す)で表わさ
れるポリイミドで被覆されていることを特徴とする。
前記式〔A〕で表わされるポリイミドは、例えば、下
記の反応式(1)に従つて得ることができる: 前記一般式〔A〕で表わされる化合物のうち、特に、
Xが で表わされ、R及びR′が定義のとおりである場合に、
本発明の効果を発揮する上で有利である。
更にまた、本発明において、下記一般式: (式中R及びR′は式〔A〕と同義である)で表わされ
るテトラカルボン酸二無水物は、例えば米国特許第4045
408号明細書に記載の製法などにより得ることができ
る。
例えば、具体的には、 などが挙げられる。
また、本発明の被覆用樹脂には、半導体素子表面への
濡れを改良するなどの目的のために、公知のカツプリン
グ剤を添加することもできる。このようなカツプリング
剤の例としては、エポキシシラン、アミノシラン、アク
リロイルシラン、メルカプトシラン、フルオロシラン、
ビニルシランなど公知のシラン系カツプリング剤、アル
ミニウム、チタン、ジルコニウムなどの金属アルコキシ
ドあるいはキレート系の公知のカツプリング剤などがあ
る。この添加量については、被覆用樹脂100重量部に対
して、0.01〜10重量部の範囲で用いることが望ましい。
なお、本発明の被覆用樹脂には、1個以上の不飽和イ
ミド基を有する化合物、例えば、N−フエニルマレイミ
ドや、N−ノルボルネンイミド、あるいは、下記一般
式: 〔式中、R″はアルキレン基、シクロアルキレン基、ア
リーレン基又はそれらの置換された2価の有機基を示
す〕で表わされる化合物で、例えばN,N′−エチレンビ
スマレイミド、N,N′−ヘキサメチレンビスマレイミ
ド、N,N′−ドデカメチレンビスマレイミド、N,N′−m
−フエニレンビスマレイミド、N,N′−4,4′−ジフエニ
ルエーテルビスマレイミド、N,N′−4,4′−ジフエニル
メタンビスマレイミド、N,N′−4,4′−ジシクロヘキシ
ルメタンビスマレイミド、2,2−ビス〔4−(4−マレ
イミドフエノキシ)フエニル〕プロパン、2,2−ビス
〔3−メチル−4−(4−マレイミドフエノキシ)フエ
ニル〕プロパン、2,2−ビス〔3−クロロ−4−(4−
マレイミドフエノキシ)フエニル〕プロパン、2,2−ビ
ス〔3−ブロモ−4−(4−マレイミドフエノキシ)フ
エニル〕プロパン、2,2−ビス〔3−エチル−4−(4
−マレイミドフエノキシ)フエニル〕プロパン、2,2−
ビス〔3−プロピル−4−(4−マレイミドフエノキ
シ)フエニル〕プロパン、2,2−ビス〔3−イソプロピ
ル−4−(4−マレイミドフエノキシ)フエニル〕プロ
パン、2,2−ビス〔3−ブチル−4−(4−マレイミド
フエノキシ)フエニル〕プロパン、2,2−ビス「3−sec
−ブチル−4−(4−マレイミドフエノキシ)フエニ
ル〕プロパン、2,2−ビス〔3−メトキシ−4−マレイ
ミドフエノキシ)フエニル〕プロパン、1,1−ビス〔4
−(4−マレイミドフエノキシ)フエニル〕エタン、1,
1−ビス「3−メチル−4−(4−マレイミドフエノキ
シ)フエニル〕エタン、1,1−ビス〔3−クロロ−4−
(4−マレイミドフエノキシ)フエニル〕エタン、1,1
−ビス〔3−ブロモ−4−(4−マレイミドフエノキ
シ)フエニル〕エタン、ビス〔4−(4−マレイミドフ
エノキシ)フエニル〕メタン、ビス〔3−メチル−4−
(4−マレイミドフエノキシ)フエニル〕メタン、ビス
〔3−クロロ−4−(4−マレイミドフエノキシ)フエ
ニル〕メタン、ビス〔3−ブロモ−4−(4−マレイミ
ドフエノキシ)フエニル〕メタン、1,1,1,3,3,3−ヘキ
サフルオロ−2,2−ビス「4−(4−マレイミドフエノ
キシ)フエニル〕プロパン、1,1,1,3,3,3−ヘキサクロ
ロ−2,2−ビス〔4−(4−マレイミドフエノキシ)フ
エニル〕プロパン、3,3−ビス〔4−(4−マレイミド
フエノキシ)フエニル〕ペンタン、1,1−ビス〔4−
(4−マレイミドフエノキシ)フエニル〕プロパン、1,
1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス〔3,5−ジブロ
モ−4(4−マレイミドフエノキシ)フエニル〕プロパ
ン、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2,2−ビス〔3−メ
チル−4(4−マレイミドフエノキシ)フエニル〕プロ
パンなどがあり、これらの2種以上を混合して使用する
こともできる。更にまた、モノ置換マレイミド、トリ置
換マレイミド、テトラ置換マレイミドと前記置換ビスマ
レイミドとの混合物も適宜使用することができる。
また、本発明においてはシアン酸エステル系化合物を
添加することもできる。シアン酸エステル系化合物と
は、例えば、1,2−ジシアナトベンゼン、1,3−ジシアナ
トベンゼン、1,4−ジシアナトベンゼン、1,2−ジシアナ
ト−4−メチルベンゼン、1,3−ジシアナト−2−メチ
ルベンゼン、1,3−ジシアナト−5−メチルベンゼン、
1,3,5−トリシアナトベンゼン、1,5−ジシアナトナフタ
レン、4,4′−ジシアナトジフエニル、2,2−ビス(4−
シアナトジフエニル)プロパン、4,4′−ジシアナトジ
フエニルメタン、4,4′−ジシアナト−3,3′−ジメトキ
シカルボニルジフエニルメタン、4,4′−ジシアナトジ
フエニルエーテル、2,2−ビス−(4−シアナト−3,5−
ジメチルフエニル)エタン、2,2−ビス−(4−シアナ
トフエニル)プロパン、2,2−ビス−(4−シアナトフ
エニル)ブタン、4,4′−ジシアナトベンゾフエノン、
1,1−ビス−(4−シアナトフエニル)−シクロヘキサ
ン、4,4′−ジシアナトジフエニルカーボネート、1,1,2
−トリス−(4−シアナトフエニル)エチルベンゼン及
びノボラツクフエノール樹脂のポリシアン酸エステルな
どがある。
また、本発明の被覆用樹脂には、エポキシ樹脂、フエ
ノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ジアリルフタレ
ート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、付
加型ポリイミド樹脂、ポリパラビニルフエノール樹脂、
フツ素樹脂、ポリフエニレンスルフイド、ポリアミド、
ポリエーテル、ポリプロピレンポリイミド、ポリベンズ
イミダゾール、ポリエンズチアゾール、ポリオキサジア
ゾール、ポリピラゾール、ポリキノキサリン、ポリチア
ゾール、ポリテトラアゾピレン、ポリ−4−フエニル−
1,2,4−トリアゾール、ポリキナゾリンジオン、ポリベ
ンゾオキサゾリジンなどを添加配合することもできる。
また、本発明の被覆用樹脂には、次式: で表わされるフエノキシ樹脂を添加配合することもでき
る。商業的に入手できるフエノキシ樹脂としては、チバ
プロダクツ カンパニー製のアラルダイト488E-32、
アラルダイト488N-40、ユニオン カーバイド プラス
チツクスカンパニー製のPKHH、PKHA、PKHC、PAHJ、PKHS
シリーズ及びPRDA シリーズ、ダウ ケミカル カン
パニー製のDER686MK40、DER684MK40、ジヨンズーダブネ
イ カンパニー製のエピーレツツ2287、シエル ケミカ
ル カンパニー製のエポノール53−L−32、エポノール
53-40、エポノール55−L−32、エポノール55−B−40
などがある。
のOH基の作用についていえば、例えばOH基の−OHと との水素結合の強さは、前者が6kcal/モルに対し、後者
は2〜3kcal/モルといわれており、OH基の結合力の強さ
はCOOH基の2〜3倍と考えて良い。通常、OH基を有する
ポリマー(例えば、ポリビニルブチラールやフエノキシ
樹脂など)は極めて接着性向上に効果がある。従来のイ
ミド は、上記の−OH基のようなイオン結合を有さないため
に、その結合エネルギーは小さい。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが
本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例1〜3 ポリイミド前駆体として、次の3種類 について、それぞれ別個に、N−メチルピロリドン250m
lに溶解して、10%ワニス溶液を作成した。
次いで、1MビツトD−RAMメモリ用LSI(18ピン)の素
子及びリード線(ワイヤボンデイングを含む)上に、上
記ワニス溶液を滴下した。その後、100℃で1時間、200
℃で1時間、250℃で1時間、300℃で30分間加熱して、
上記イミド前駆体(アミド酸ワニス)のイミド環形成に
より、素子上に30〜60μmの厚さの被覆膜を得た。
次いで、ポリイミドコートされた上記メモリ用LSI素
子は、下記のエポキシ樹脂系封止用組成物で、トランス
フア成形により、180℃、70kg/cm2、1.5分の条件で封止
成形され、樹脂封止型半導体装置を得た。
それぞれ100個の樹脂封止型LSIを、121℃、2気圧過
飽和水蒸気中(プレツシヤ、クツカーテスト:PCT)に所
定時間放置した後、取出して電気的動作が正常か否か、
更に異常のLSIについては故障の原因がAl配線の腐食に
よる断線をチエツクして耐湿信頼性を評価した。結果を
第1表に示す。
−封止用エポキシ樹脂組成物の作成− 多官能エポキシ化合物として、トリス(ヒドロキシフ
エニル)メタンベースの多官能エポキシ化合物XD-9053
(ダウ、ケミカル社製、エポキシ当量、225)100重量
部、硬化剤として、ノボラツク型フエノール樹脂(日立
化成社製、軟化点83℃)55重量部、硬化促進剤として、
トリエチルアミンテトラフエニルボレート(北興化学社
製、TEA−K)3重量部、カツプリング剤として、エポ
キシシランKBM303(信越化学社製)2重量部、難燃材と
して、付加型イミドコート赤リン5重量部、離型剤とし
て、ステアリン酸カルシウム1重量部とヘキストワツク
スE(ヘキストジヤパン社製)1重量部、充てん剤とし
て、溶融石英ガラス粉490重量部、着色材として、カー
ボンブラツク(キヤボツト社製)2重量部を添加配合し
た。
次いで、70〜85℃の8インチ径2本ロールで7分間混
練した後、粗粉砕して樹脂組成物を得た。
比較例1 前記実施例におけるポリイミド前駆体の代りに下記
式: で表わされるポリイミド前駆体を27.7重量部用い、同じ
くN−メチルピロリドン250ml中に溶解してワニスとし
た。
得られた1MビツトD−RAMメモリ用LSIのPCT試験結果
は、放置時間500時間で10%、1000時間で65%であつ
た。
試験例1 本発明と公知の各素材の特性比較を行つた。その結果
を下記第2表に示す。
実施例4 ポリイミド前駆体を、トルエンとN−メチルピロリド
ン等量混合液に溶解して、1重量%のワニス溶液を調製
した。該ワニスを、多層(この場合は2層)配線絶縁膜
として用いた場合の素子構造を第1図及び第2図に示し
た。
すなわち第1図及び第2図は、多層LSI素子の断面図
である。各図において、符号1はSi素子基板、1−Iは
SiO2絶縁層、2−I及び2−IIはアルミニウム配線、3
−I及び3−IIは本発明によるポリイミド被覆層、4は
エポキシ樹脂被覆層を意味する。
素子の作成は、Si素子基板1上に、SiO2絶縁層(1−
I)、更に第1層目のアルミニウム配線(2−I)を形
成した後に、上記ワニスをスピンナー塗布し、焼付け
(250℃、60分間)した(3−I)のち、ポジレジスト
を塗布して、マンホールのパターニングを行つた。次い
で、CF4-O2を反応ガスとしてプラズマエツチングを行つ
た。ついでO2を反応ガスとするプラズマアツシヤーによ
つてポジレジストを除去した。
次いで、第2層目のアルミニウム配線(2−II)を形
成した後、更に上記ワニスを塗布、焼付け(前記条件と
同じ)した(3−II)。
なお、第2図は、第2層目の被覆樹脂として、エポキ
シ樹脂(レゾール型フエノール樹脂硬化系)4を用いた
場合を示した。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、耐α線性に優
れ、かつ高温高湿下で特に耐湿信頼性の高い半導体装置
が提供されるという顕著な効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明の半導体装置の1例である
多層LSI素子の断面図である。 1:Si素子基板、1−I:SiO2絶縁層、2−I及び2−II:
アルミニウム配線、3−I及び3−II:本発明のポリイ
ミド被覆層、4:エポキシ樹脂被覆層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/31 H01L 23/30 D (72)発明者 奈良原 俊和 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 米国特許4045408(US,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子及びリード線の少なくとも一部
    が、その繰返し単位が下記一般式〔A〕: (式中R及びR′は、同一又は異なり、H、CH3、C
    2H5、CF3、C2F5及びC3F7のうちいずれかの基を示し、X
    は、 で表わされる基のうちのいずれかの基を示す)で表わさ
    れるポリイミドで被覆されていることを特徴とする半導
    体装置。
JP61163846A 1986-07-14 1986-07-14 半導体装置 Expired - Lifetime JP2532845B2 (ja)

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